郭宇峰--高压辊磨应用

高压辊磨对磁铁精矿静态成球性能的影响
原料预处 理方式 不辊磨
比表面积 (cm2/g) 1603.0
预热温度 ℃ 1070 970 1000 1000 1020 1020 1020 970
预热时间 min 10 15 12 15 6 8 10 10 10 10
预热球抗压强度 (N /个) 412 343 335 361 408 441 455 3Leabharlann Baidu4 417 463
抗压强度 /N/个 10.42 11.95 12.24 12.87 12.68 13.12
爆裂温度 /℃ >600 570 520 480 470 460
辊磨次数
膨润土用量
/% 0.8 1.2 1.5 0.6 0.8 1.0 1.2 0.4 0.6 0.8
生球水分 /% 8.4 9.1 9.1 8.5 8.6 8.7 8.9 7.7 8.2 8.2
辊磨3次
1812.0
辊磨4次
2029.1
1000 1020
原料预处理 方式 不处理 辊磨3次
焙烧温度 ℃ 1250 1200 1200 1200 1200
焙烧时间 min 10 6 10 6 10
焙烧球抗压强度 (N /个) 2707 2827 3014 2957 3110
辊磨4次
辊磨 次数 0次 1次 2次 3次
表面亲水性较差，成球 性不好，膨润土配比相 对较高。
预热温度较磁铁精矿高50大比例配加，烧结料层透气 100℃，焙烧温度高30-50℃， 性变差，严重影响烧结矿产 能耗高，耐材寿命短、设备 质量。 作业率低。 ①配加20%以上的磁铁精矿， 增加了生产组织难度； ②对于链箅机-回转窑工艺， 在预热二段需加补热枪，同 时提高回转窑焙烧温度，将 导致预热二段隔墙结渣及回 转窑结圈严重。
落下强度 /次/0.5m 3.4 3.9 5.4 3.6 4.3 5.6 6.8 3.8 4.3 5.0
抗压强度 /N/个 10.13 10.42 11.81 10.03 10.67 11.58 11.95 10.13 10.64 11.34
爆裂温度 /℃ >600 >600 >600 >600 535 552 570 420 432 445
在球团生产领域，高压辊磨获得了工业化应用，如武钢程朝球团厂、武 钢鄂州球团厂、邯钢球团厂、柳钢球团厂等，主要是用来改善铁精矿粒 度组成，提高造球性能，降低膨润土配比，效果明显。 在烧结生产领域，有少量关于处理难制粒的镜铁矿的研究报道，但未见 有生产实践的报道。
铁精矿颗粒新增大量新生表面，使颗粒表面润湿热提高，亲水性增强 比表面积大幅度增加，粒度组成趋于细粒级分布，细粒级含量大幅度增 加，同时使矿物颗粒表面更加粗糙不平，条状、针状等颗粒含量增大，增 大了在造球过程中颗粒之间搭桥式机械咬合力，改变了成球过程中铁精矿 颗粒之间的堆积形式，使铁精矿成球时紧密程度增加。 因产生大量新生表面，此时颗粒表面不饱和键和带电的结构单元增加， 使颗粒处于不稳定的高能状态，表面活性增加，提高了铁矿颗粒表面的吸 附能力，改善了粘结剂作用效果
岚县赤铁精矿主要化学组成/% 成分 含量 成分 含量 TFe 65.24 Na2O 0.065 FeO 4.01 P 0.019
900 800 700 600
Fe3O4 Fe2O3
SiO2 4.32 S 0.023
Al2O3 0.86 Ig 0.62
CaO 0.71
MgO 0.63
K2O 0.09
生球水分 % 8.7 9.1 9.1 8.9 9.1 8.7 8.9 8.7 8.9 9.1
落下强度 (次/0.5m) 2.7 3.6 4.8 3.1 3.7 4.1 6.8 3.5 3.9 4.5
抗压强度 (N/个) 10.02 10.7 11.64 10.14 10.46 11.8 12.34 10.07 10.43 11.13
-0.002 3.67 7.31 1.37 3.46
-0.001 0.76 1.97 0.06 0.41
未辊磨
未辊磨
高压辊磨
高压辊磨
磁铁矿
赤铁矿
铁精矿 赤铁矿 磁铁矿
预处理方式 无序度/% 无序度/%
未辊磨 0 0
高压辊磨 19.87 27.54
辊磨次数 0 1 2 3 4 5
比表面积 (cm2/g) 1603.0 1660.6 1767.6 1812.0 2029.1 2229.7
落下强度 (次/0.5m) 3.6 4.1 4.7 5.3 6.0 6.9
抗压强度 (N/个) 10.7 11.8 12.7 13.6 14.0 14.2
爆裂温度 ℃ 415 395 382 369 359 350
辊磨次数
膨润土用量 % 0.8 1.0 1.2 0.6 0.8 1.0 1.2 0.4
比表面积 (cm2/g) 1603.0 1453.6
原料预处理采用了高压辊磨和球磨两种方法，高压辊磨机的规格为Φ 250×120mm，压力为0~50KN可调，本研究在进行高压辊磨预处理时，固 定辊磨压力为1MP。 球磨机的规格为Φ500×500mm，其转速为35~40r/min，介质的填充率 为12%。 由于实验室用的高压辊磨机压力远小于大工业生产用的高压辊磨机， 因此实验室试验采用重复多次辊磨的方法，以达到试验所需铁矿粉的比表 面积。 每辊磨一次后，要将试验用铁矿粉充分打散、碾压，再进行下一次高 压辊磨。
爆裂温度 ℃ 392 415 427 375 387 395 415 342 358 378
0次
1次
2次
0.6 0.8
辊磨次数 0 1 2 3 4 5
比表面积 /cm2/g 1453.6 1839.3 1932.4 1989.7 2066.5 2099.2
落下强度 /次/0.5m 3.9 6.8 8.7 10.7 11.3 12.1
报告提纲
一、研究背景及意义 二、高压辊磨技术在球团中的应用 三、高压辊磨烧结中的应用 四、结论与建议
目前我国烧结生产使用的含铁原料绝大部分厂家以进口富矿粉为主，随着富矿资 源的逐年减少，其供应将会逐年减少。 随着高碱度烧结矿配加酸性球团矿这一合理高炉炉料结构的推广，近年来球团 生产在我国得到了发展，而球团生产需要使用铁精矿。 由于前些年进口矿价高涨，近年来国内矿山也在增产扩能，2010年国产铁精矿 的产量为3.68亿吨，2011年达到4.3亿吨，2014年又达到5.5亿吨。 随着选矿技术的进步，以往难磨、矿物组成复杂以及不易回收的铁矿石得到开 采利用，进一步增加了铁精矿的供应量。
1665 1660 1655
赤铁矿
比表面积/cm2/g
2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500
磁铁矿
比表面积/cm2/g
1650 1645 1640 1635 1630 1625 1620 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
0
1
2
3
4
5
6
铁精矿入磨水分/%
预热温度 ℃
预热时间 min
焙烧温度 ℃
焙烧时间 min
预热球抗压 强度 (N/个) 539
焙烧球抗 压强度 (N/个) 2704 3056 3188 3177
920
10
1220
8
493 477 456
辊磨 次数 0次 1次 2次 3次
预热温度 ℃
预热时间 min
焙烧温度 ℃
焙烧时间 min
预热球抗压 强度 (N/个) 539
我国铁矿资源以贫矿、复合矿为主，而这类资源绝大部分为贫赤（褐）铁矿、 菱铁矿等，分选所得铁精矿造块性能差。 为降低生产成本，近年来各大钢铁企业开始使用各类劣质含铁资源进行生产， 如褐铁矿和菱铁矿，均属难造块资源。
造块方法 含铁原料 磁铁精矿
球团法 赤铁精矿
烧结法 磁铁精矿 赤铁精矿
主要难点
intensity/counts
500 400 300
Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe3O4 Fe3O4 SiO2 Fe3O4 Fe3O4 Fe3O4 Fe2O3 Fe2O3
200 100 0 -100 0 10 20 30
40
50
o
60
70
80
90
2θ/
岚县赤铁精矿X射线衍射图
0次
1次
2次
FT Fi FP FV FC
生球体系内两球形颗粒粘结模型
25 20 15 10 5 0
基准 高压辊磨
生球团孔隙率/%
赤铁矿粉
磁铁矿粉
铁矿粉
经高压辊磨预处理后，所制备的生球孔隙率均显著降低，证实了高压辊磨 对铁精矿粒度特性及颗粒形貌的改变，有利于造球过程中生球内部颗粒的 紧密堆积、减小孔隙率的推论
高压辊磨对赤铁精矿静态成球性能的影响
辊磨次数 0次 1次 2次 3次 4次 5次 辊磨次数 0次 1次 2次 3次 4次 5次 最大毛细水 /% 17.87 17.01 16.87 16.44 16.13 15.6 最大毛细水 /% 14.60 13.91 13.70 13.04 12.68 12.52 最大分子水 /% 6.56 6.98 7.21 7.47 7.63 7.93 最大分子水 /% 5.87 5.98 6.71 7.49 7.79 7.90 毛细水迁移速率 /mm/min 3.69 3.46 3.24 3.12 2.97 2.64 毛细水迁移速率 /mm/min 4.01 2.61 2.10 1.98 1.96 1.92 成球性指数 /K 0.58 0.69 0.74 0.83 0.90 1.03 成球性指数 /K 0.67 0.76 0.96 1.35 1.59 1.71
代县磁铁精矿主要化学组成/% 成分 含量 成分 含量 TFe 66.07 Na2O 0.042 FeO 27.83 P 0.021 SiO2 5.94 S 0.038 Al2O3 0.32 Ig 1.23 CaO 0.45 MgO 0.47 K2O 0.008
代县磁铁精矿X射线衍射图
原料 岚县铁精矿 代县铁精矿
解决办法
①精矿采取球磨、高压 辊磨； ②混合料润磨； ③开发高效粘结剂。 上述方法中精矿采取球 磨、高压辊磨在生产中 应用较成功。
①强化混合料的制粒； ②采用小球烧结法； ③复合造块法。 上述方法中复合造块法在包 钢获得应用。
高压辊磨机的粉碎呈高压粉碎状态，其矿粉颗粒产生的裂纹首先沿着矿 石内的晶面发生、扩展，并在外力作用下形成相互接触、挤压而形成群 体粉碎，出现大量的微细粒物料，并且内部形成细微裂缝 。 处理物料的能力远大于传统破碎设备。 节能效果显著。与球磨机相比，节能在20-50%左右。
焙烧球抗 压强度 (N/个) 2704 3056 3188 3177
920
10
1220
8
493 477 456
球团矿的强度是通过颗粒固相固结获得，这种固相固结是通过颗粒间连 接颈的形成与长大完成的，而质点扩散是颗粒间连接颈的形成与长大的基 础，凡是促进质点扩散的因素均能强化固相固结。颗粒间连接颈长大的速 度服从 5 / r 2 t （ 为颈高，r为颗粒半径，t为时间），颗粒半径越小， 连接颈长大速率越快，并且体系中颗粒间晶界数量增多，连接颈形成的数 量也随之增加；质点扩散系数可表示为 ， 为扩散活化能，固体晶格缺陷 数量越多， 越低，质点扩散系数越大。 对于赤铁精矿球团氧化焙烧固结而言，服从上述固结理论，但对磁铁精 矿球团则不同，其在氧化焙烧固结中伴随有氧化反应，其固结是建立在磁 铁精矿氧化反应基础上的。 影响球团固结的原料自身因素归纳起来主要有铁精矿的类型（赤铁矿/ 磁铁矿等）、颗粒大小、颗粒的接触面积和固体晶格缺陷数量等。
磁铁矿中铁 26.84 93.23
假象赤铁矿中铁 8.57 1.76
赤铁矿中铁 61.92 1.04
硅酸盐中 铁 2.66 3.60
合 计 100 100
粒度范围 原料 岚县铁精矿 代县铁精矿 >200目 1.17 0.80 200～325目 3.11 21.70 <325目 95.72 77.50
颗粒表面产生许多棱角和裂纹，表面活性提高，部分机械能蕴藏在颗粒 缺陷中，降低了固相反应的活化能，使预热焙烧过程中的质子的迁移更易 进行，有利于矿物颗粒间晶桥的形成，从而提高了球团矿的抗压强度。 粒度组成明显趋于细粒级分布，且有正态分布的趋势，所以铁矿颗粒之 间堆积形式发生改变，颗粒之间接触更加紧密，有利于晶桥的形成。
辊磨次数/次
赤铁矿
磁铁矿
预处理方式 赤铁矿 磁铁矿 未辊磨 高压辊磨 未辊磨 高压辊磨
-0.028 70.23 78.01 52.31 65.13
-0.015 42.17 53.07 30.4 44.32
粒度/mm -0.010 -0.005 27.92 13.27 38.24 23.10 20.17 7.86 32.87 16.14